Todos los seres vivos necesitamos energía para llevar adelante los procesos internos que nos mantienen vivos. Esa energía casi siempre se obtiene a partir de la glucosa, que es un tipo de azúcar, que obtenemos de nuestros alimentos.
¿Y de dónde obtienen la glucosa las plantas? Las plantas no comen: construyen su propia glucosa a partir de la energía del sol, el agua, y el dióxido de carbono del aire, al conjunto de estas reacciones se le denomina fotosíntesis, un nombre que data de 1893 cuando se identificaron los principales pasos del proceso.
Stephen Hales, que fue el primero en registrar el intercambio de gases entre las plantas y su entorno, creía que las plantas “transpiraban” durante el día y “se empapaban” durante la noche. Estas ideas alentaron la idea de que las plantas transformaban el aire viciado en aire fresco e impulsaron a varios investigadores, entre ellos Georg Ernst Stahl y Joseph Priestley, a intentar identificar los gases implicados en el proceso. Priestley probó convincentemente que las plantas verdes producían aire que él denominó desflogisticado, y que después Antoine Laurent Lavoisier llamaría oxígeno en 1777.
A partir de 1772 Lavoisier desarrolló la teoría de que la combustión surgía a partir de la fijación o en la combinación del oxígeno del aire con cualquier sustancia que ardiese o se calcinase. La luz y y el calor eran una consecuencia del proceso. Más tarde llegaría a la conclusión de que la oxidación del carbono presente en los alimentos producía “aire fijado” (dióxido de carbono).
Julius von Sachs estableció cuales eran los lugares de las hojas en los que se absorbían los gases y las rutas bioquímicas que llevaban a la formación del almidón y otras sustancias. Demostró que el almidón presente habitualmente en las células verdes provenía del dióxido de carbono absorbido y decidió que el almidón era la sustancia principal producida en la fotosíntesis. Siguiendo la hipótesis de Sachs investigadores posteriores llegaron a la conclusión de que el almidón es sólo un subproducto del proceso de asimilación. Esas mismas investigaciones mostraron que el dióxido de carbono debe combinarse con la clorofila antes de que se produzca la reducción química en una serie de pasos en los que están implicados el oxígeno, el agua y la luz.
El descubrimiento de Andreas Franz Wilhelm Schimper de que el almidón almacena energía permitió a los científicos del incipiente siglo XX discutir la circulación de energía en el mundo en términos bioquímicos, como la síntesis y posterior rotura de carbohidratos y otros productos vegetales.
En 1919 Otto Warburg comenzó el trabajo para determinar el número mínimo de fotones necesarios para formar una molécula de oxígeno. Encontró que eran casi cuatro. Su iniciativa llevó a un periodo de investigación centrado en la conversión primaria de la luz usando algas unicelulares verdes del género Chlorella.
Fue Melvin Calvin y su equipo el que describió las reacciones independientes de la luz (reacciones de la fase oscura) gracias a la disponibilidad de carbono-14 (radioactivo) y a los desarrollos de la cromatografía en los años cuarenta. Calvin recibiría el premio Nobel de química de 1961 por desentrañar el recorrido del carbono durante la fotosíntesis. Sería un miembro del equipo de Calvin, Daniel Arnon, quien establecería definitivamente que los cloroplastos aislados podían realizar todas las funciones asociadas a la fotosíntesis.
La química Jan Anderson (1932-2015) es reconocida fundamentalmente por su trabajo sobre fotosíntesis. Logró demostrar que el mecanismo fotosintético comprende dos componentes: fotosistema I (rico en clorofila a) y fotosistema II (rico en clorofila b). Recibió numerosos reconocimientos por su trabajo de investigación, incluyendo ser elegida miembro de la Academia Australiana de Ciencias en 1987 y de la Royal Society en 1996.
A veces los límites entre ciencia y tecnología se desdibujan, y hay tanto ejemplos de descubrimientos científicos que permitieron luego avances tecnológicos, como de avances tecnológicos logrados al azar o para un propósito totalmente diferente, que terminaron siendo indispensables para lograr un descubrimiento científico. La invención de una técnica como la cromatografía de partición fue sin duda una herramienta tecnológica que facilitó la separación de las sustancias que quedaban radiactivas luego de la incorporación del carbono-14.
En la fotosíntesis se sabe hoy que el agua actúa tanto como donante de hidrógeno como fuente del oxígeno molecular liberado; que sólo parte del proceso depende de la luz (fase luminosa); que las plantas no crean energía sino que simplemente fijan en forma de carbohidratos la que reciben del Sol. A partir de los años sesenta la elucidación de los detalles moleculares ha avanzado sobremanera, pero hoy día la fotosíntesis sigue encerrando muchos misterios, como los efectos cuánticos macro que intervienen, y promesas, como paneles fotovoltaicos más eficientes.
Las personas científicas recolectan observaciones y evidencias experimentales, pero nada de esto lograría tomar sentido si no le sumara una importante dosis de imaginación. La imaginación es lo que permite pensar posibles explicaciones para los resultados observados. Una vez que se tiene esas posibles explicaciones, se las pone a prueba, para ver si siguen siendo coherentes con las evidencias, y así se llega a nuevos conocimientos. Es importante para nuestras personas estudiantes notar que el trabajo científico tiene una gran dosis de rutina, pero también un aporte fundamental de la creatividad de cada uno. Ver a la ciencia como algo creativo, no sólo es valioso, sino que la vuelve algo más humano y más bello.
Agradezco a la docente Licda. Karla Picado Irola del CTP de Orosi quien quiso compartir sus materiales conmigo y con ustedes.
Referencias
Khan Academy. (2020). Resumen conceptual de las reacciones dependientes de la luz. En https://es.khanacademy.org/science/biology/photosynthesis-in-plants/the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis/a/light-dependent-reactions
Mujeres con Ciencia. (2017). Jan Anderson, química. En https://mujeresconciencia.com/2017/05/12/jan-anderson-quimica/
Nogués, G. (2015). El “Señor Fotosíntesis” y el misterio del Camino del Carbono. En https://comosabemos.com/2015/07/13/el-senor-fotosintesis-y-el-misterio-del-camino-del-carbono/
Tomé López, C. (2014). De la fotosíntesis. En https://culturacientifica.com/2014/04/29/de-la-fotosintesis/
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